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摘 要
摘 要
隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)和城市生活的發(fā)展，電梯成為人們?nèi)粘Ｉ畋夭豢缮俚拇焦ぞ?，電梯性能的好壞?duì)人們生活的影響越來(lái)越顯著。傳統(tǒng)繼電器電梯控制系統(tǒng)，由于繼電器本身的機(jī)械和電磁慣性大，大大降低了電梯系統(tǒng)的可靠性和安全性。為了保證電梯運(yùn)行既高效節(jié)能又安全可靠，必須改進(jìn)電梯控制方式。根據(jù)順序邏輯控制的需要發(fā)展起來(lái)的可編程控制器(PLC)，它是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。PLC處理速度快，可靠性高，能夠保證電梯正常、安全、可靠地運(yùn)行。同時(shí)，由于電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，電梯的拖動(dòng)方式己由原來(lái)直流調(diào)速逐漸過(guò)渡到了變頻調(diào)速，不僅能滿足乘客的舒適感和保證平穩(wěn)的精度，還可以降低能耗，節(jié)約能源，減小運(yùn)行費(fèi)用。本文將基于PLC的變頻調(diào)速方法應(yīng)用到電梯系統(tǒng)中，并對(duì)此方法進(jìn)行研究。
首先，分別闡述了電梯繼電器控制和PLC控制的特點(diǎn)，突出講述繼電器電梯控制系統(tǒng)暴露的缺點(diǎn)以及PLC電梯控制系統(tǒng)所具有的優(yōu)點(diǎn)，并對(duì)電梯的變頻調(diào)速控制進(jìn)行了介紹。其次，在閱讀了大量國(guó)內(nèi)外相關(guān)文件資料的基礎(chǔ)上，對(duì)電梯技術(shù)和電梯設(shè)備的發(fā)展進(jìn)行了綜述。然后，介紹了變頻器類型以及參數(shù)設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí);同時(shí)介紹了PLC選型原則以及PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路;在此基礎(chǔ)上，根據(jù)電梯系統(tǒng)自身的工作狀態(tài)要求，進(jìn)行電梯系統(tǒng)的PLC軟件開(kāi)發(fā)，通過(guò)軟件開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)，結(jié)合PLC自身的控制規(guī)律，設(shè)計(jì)出可實(shí)現(xiàn)一定功能的PLC電梯控制系統(tǒng)。最后的模擬調(diào)試結(jié)果表明，基于PLC的變頻調(diào)速電梯系統(tǒng)運(yùn)行效率高，系統(tǒng)安全可靠性強(qiáng)，并且系統(tǒng)構(gòu)造簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，滿足了對(duì)電梯系統(tǒng)期望的要求。
關(guān)鍵詞: 電梯，可編程控制器，變頻調(diào)速，旋轉(zhuǎn)編碼器
Abstract
Abstract
Along with the development of modern economy and city life, the elevator has become a essential walking tool for people in daily life, and the performance of elevators obviously influences people’s lives. The traditional elevator system based on relay largely decreases the reliability and security since the mechanical and electromagnetic inertia of relay is big In order to ensure the efficiency and reliable securities, the control method of elevator must be changed. The programmable logic controller(PLC),which develops based on sequence logical control, is digital operation electronic device specialized in the industrial application environment. PLC possesses fast process speed and high reliability. Therefore, PLC can be able to ensure the elevator run normally, securely and reliably. In addition. The drive method of elevators has replaced the DC velocity modulation with frequency control due to the development of AC frequency control of motors. The frequency control not only satisfies the comfort sense of passengers and ensures the stable precision, but also decreases the loss of power, saves resources and reduces expenses. The frequency control method based on PLC is applied to the elevator system and further researched.
Firstly, the essay respectively presents the characteristics of the elevator system based on relay control and PLC control, specially formulates the defects exposed from relay control system and the advantages of PLC control system, introduces the frequency control of elevators. Secondly, based on reading many domestic and international relative literatures. The development of elevator techniques and elevator devices is overviewed. And then, the relative knowledge of frequency-converter is introduced; the principle of PLC model election and design scheme of PLC control system are introduced as well. On the basis of these, the PLC software of elevator system is developed according to the working states demands of the elevator. A elevator system based on PLC control is designed through combining the characteristics of software development and the rules of PLC control. Finally, the analog examination shows the elevator frequency control based on PLC possesses high operational efficiency and strong system security. The system structure is simple and easily realized, and satisfies the demands of the elevator system expected.
Key words: Elevator, Programmable Logic Control(PLC), Frequency Conversion & Velocity Adjustment, Revolving Encoder
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 本設(shè)計(jì)的背景 1
1.2 本設(shè)計(jì)的意義 1
1.3 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容 2
2 電梯設(shè)備與電梯發(fā)展動(dòng)態(tài) 2
2.1 電梯的出現(xiàn) 2
2.2 電梯設(shè)備簡(jiǎn)介 2
2.2.1 電梯的分類 2
2.2.2 電梯的主要參數(shù) 3
2.2.3 電梯的安全保護(hù)裝置 4
2.3 電梯的發(fā)展概況 4
2.3.1 電梯技術(shù)發(fā)展概況 5
2.4 交流曳引電梯調(diào)速方式的發(fā)展 5
2.5 電梯變頻調(diào)速控制的特點(diǎn) 6
2.6 電梯發(fā)展展望 7
3 調(diào)速變頻器類型選擇及其設(shè)計(jì)參數(shù) 7
3.1 變頻器的分類及選擇 7
3.1.1 變頻器的分類 7
3.1.2 變頻器的類型選擇 8
3.1.3 變頻器的規(guī)格選擇 8
3.1.4 選擇的變頻器應(yīng)滿足的條件 8
3.2 通用變頻器簡(jiǎn)介 8
3.3 VS一616G5型通用變頻器 10
3.4 VS-616G5型通用變頻器電梯調(diào)速系統(tǒng) 12
3.5 變頻器結(jié)構(gòu)及參數(shù)設(shè)計(jì) 12
3.5.1 參數(shù)設(shè)計(jì) 13
3.5.2 變頻器自學(xué)習(xí)功能的應(yīng)用方法 13
3.5.3 變頻器容量計(jì)算 13
3.5.4 變頻器制動(dòng)電阻參數(shù)的計(jì)算 14
4 PLC的選型及其控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14
4.1 PLC的特點(diǎn) 14
4.2 PLC控制電梯的優(yōu)點(diǎn) 16
4.3 電梯控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 16
4.4 可編程控制器(PLC)的選型 17
4.5 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 17
4.6 設(shè)計(jì)思路 18
4.6.1 電梯控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能 18
4.6.2 點(diǎn)數(shù)的分配及機(jī)型的選擇 19
5 系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā) 21
5.1電梯的自檢狀態(tài) 21
5.2 電梯的正常工作狀態(tài) 22
5.3 系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程 22
5.3.1 電梯初始化環(huán)節(jié) 22
5.3.2 停層信號(hào)的登記與消除環(huán)節(jié) 23
5.3.3 外呼信號(hào)的登記與消除環(huán)節(jié) 23
5.3.4 開(kāi)關(guān)門環(huán)節(jié) 24
5.3.5 電梯的定向環(huán)節(jié) 25
5.3.6 電梯的上升與下降 27
5.3.7 電梯位置的確定與顯示 29
5.3.7 轎廂的平層與停車 29
5.3.8 616G5參數(shù)設(shè)置 30
5.4 程序框圖設(shè)計(jì) 30
致謝 32
參考文獻(xiàn) 33
英文文獻(xiàn)及翻譯資料.......................................................................................................34
1 緒論
1.1 本設(shè)計(jì)的背景
從19世紀(jì)50年代人類發(fā)明出真正意義上的電梯以來(lái)，電梯控制技術(shù)越來(lái)越顯示出它的重要性。伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高層的建筑日益增多，電梯成為大家日常生活必不可少的代步工具。而現(xiàn)今建筑物規(guī)模越來(lái)越大，樓層也越來(lái)越多，電梯性能的好壞對(duì)人們生活的影響也越來(lái)越顯著，因此人們對(duì)于電梯的調(diào)速精度、調(diào)速范圍等靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性提出了更高要求——提高電梯系統(tǒng)性能的同時(shí)，保證電梯運(yùn)行既高效節(jié)能又安全可靠。
傳統(tǒng)的電梯曳引電動(dòng)機(jī)采用接觸器來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)的改變，雙速異步電動(dòng)機(jī)在定子回路中串電抗與電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的調(diào)速，這滿足不了乘客的舒適感，此外，傳統(tǒng)的電梯的控制系統(tǒng)由繼電器控制邏輯組成，存在著電氣元件多、電氣故障頻繁、功能弱，可靠性差和工作壽命短等缺陷。可編程控制器（PLC: Programmable Logic Controller）是根據(jù)順序邏輯控制的需要而發(fā)展起來(lái)的，它是專門為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用所設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置，它的可靠性高、邏輯功能強(qiáng)、體積小、可在線修改控制程序、具有遠(yuǎn)程通信聯(lián)網(wǎng)功能，具備高速記數(shù)與位控等高性能模塊等優(yōu)異性能，在機(jī)械、化工、電子、紡織、交通等行業(yè)德到廣泛應(yīng)用。鑒于其各種優(yōu)點(diǎn)，目前，電梯的繼電器控制方式已逐漸被PLC控制代替。同時(shí)，得益于電機(jī)交流變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，電梯的拖動(dòng)方式已由原來(lái)的直流調(diào)速逐漸過(guò)渡到了交流變頻調(diào)速，這不僅能滿足乘客的舒適感和保證平層的精度，還可以節(jié)約能源，降低能耗，減小運(yùn)行費(fèi)用。因此，PLC控制技術(shù)加變頻調(diào)速已成為現(xiàn)代電梯行列的一個(gè)熱點(diǎn)。
1.2 本設(shè)計(jì)的意義
在電梯業(yè)也是如此，目前國(guó)內(nèi)70～80年代安裝完成的電梯大部分是繼電器控制，線路復(fù)雜，故障率高，節(jié)點(diǎn)接線多，調(diào)速方式一般采用變極調(diào)速、調(diào)壓調(diào)速、直流調(diào)速。由于大部分老式電梯的電控系統(tǒng)可靠性欠佳，用戶尋求對(duì)電梯的電控系統(tǒng)進(jìn)行改造，以節(jié)約資金。因此，對(duì)電梯控制技術(shù)進(jìn)行研究，并找出一條適合國(guó)產(chǎn)老式電梯的改造之路，并進(jìn)而提高國(guó)產(chǎn)電梯的技術(shù)水平和質(zhì)量，具有十分重要的意義。對(duì)于老式電梯采用的繼電器邏輯控制方式存在功能弱、故障多、可靠性差和工作壽命短等缺陷，提出采用功能強(qiáng)、故障率低、可靠性高的可編程控制器（PLC）來(lái)控制電梯。調(diào)速系統(tǒng)采用交流變頻調(diào)速，在各種負(fù)載下都有良好的調(diào)速性能和準(zhǔn)確的停車性能，并滿足乘客的舒適感和保證平層精度（即準(zhǔn)確停車），并能節(jié)約大量電能。
1.3 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容
本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容如下：
首先對(duì)電梯系統(tǒng)及可編程控制器（PLC）和變頻器作了比較全面的總結(jié)和介紹。接著闡述了電梯控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和分類，電梯的控制系統(tǒng)分為調(diào)速和信號(hào)控制等部分。確定了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，由PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)電梯信號(hào)控制變頻器實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，完成了變頻器和可編程控制器（PLC）的選擇。然后是系統(tǒng)硬件開(kāi)發(fā)，完成了變頻器的參數(shù)設(shè)置及PLC的選型、I/O點(diǎn)數(shù)分配以及旋轉(zhuǎn)編碼器與變頻器的連接。在分析了電梯系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際硬件電路，設(shè)計(jì)并用STEP7繪制出梯形圖。
2 電梯設(shè)備與電梯發(fā)展動(dòng)態(tài)
2.1 電梯的出現(xiàn)
1854年，在紐約水晶宮舉行的世界博覽會(huì)上，美國(guó)人格雷夫斯第一次向世人展示了他的發(fā)明－歷史上第一部安全升降梯。從那以后，升降梯在世界范圍內(nèi)得到了廣泛應(yīng)用。以?shī)W的斯的名字而命名的電梯公司也開(kāi)始了她輝煌的旅程。150年以來(lái)，她已經(jīng)發(fā)展成為世界、亞洲和中國(guó)領(lǐng)先的電梯公司。自從我國(guó)實(shí)行改革開(kāi)放政策以來(lái)，全國(guó)各地高層建筑不斷涌現(xiàn)，作為高樓的垂直交通工具―電梯，其需求量日益增長(zhǎng)。各種類型、規(guī)格繁多的電梯已在高樓內(nèi)投入運(yùn)行。為了確保電梯正常運(yùn)行、安全使用，必須要了解電梯、熟悉電梯、管理電梯、維護(hù)好電梯。
2.2 電梯設(shè)備簡(jiǎn)介
2.2.1 電梯的分類
電梯的分類有各式各樣：
⑴按用途分類乘客電梯；載貨電梯；客貨電梯；病床電梯；住宅電梯；特種電梯。
⑵按速度分類低速電梯1m/s以下；高速電梯1~2m/s；超高速電梯4m/s以上。
⑶按驅(qū)動(dòng)電源分類交流電梯速度一般小于2m/s，直流電梯速度一般大于2m/s。
⑷按控制方式分類層間控制；簡(jiǎn)易集選控制；集選控制有無(wú)司機(jī)控制。
2.2.2 電梯的主要參數(shù)
⑴載重量(kg)制造和設(shè)計(jì)規(guī)定，電梯的額定載重量。
⑵轎廂尺寸(mm)：寬*深*高。
⑶轎廂形式有單或雙面開(kāi)門及其他特殊要求等，以及對(duì)轎頂、轎底、轎壁的處理，顏色的選擇，對(duì)電話的要求等等。
⑷轎門形式有柵欄門、封閉式中分門、封閉式雙折門、封閉式雙折中分門等。
⑸開(kāi)門寬度(mm)：轎廂門和層門完全開(kāi)啟時(shí)的凈寬度。
⑹開(kāi)門方向：人在轎外面對(duì)轎廂門向左方向開(kāi)啟的為左開(kāi)門，門向右方向開(kāi)啟的為右開(kāi)門，兩扇門分別向左右兩邊開(kāi)啟者為中開(kāi)門，也稱中分門。
⑺曳引方式：常用的有半繞1：1吊索法，轎廂的運(yùn)行速度等于鋼絲繩的運(yùn)行速度。半繞2：1吊索法，轎廂的運(yùn)行速度等于鋼絲繩運(yùn)行速度的一半。全繞1：1吊索法，轎廂的運(yùn)行速度等于鋼絲繩的運(yùn)行速度。
⑻額定速度(m/s) ：制造和設(shè)計(jì)所規(guī)定的電梯運(yùn)行速度。
⑼電氣控制系統(tǒng)：包括控制方式、拖動(dòng)系統(tǒng)的形式等。如交流電機(jī)拖動(dòng)或直流電機(jī)拖動(dòng)，轎內(nèi)按鈕控制或集選控制等。
⑽停層站數(shù)(站) ：凡在建筑物內(nèi)各樓層用于出入轎廂的地點(diǎn)均稱為站。
⑾提升高度(mm) ：由底層端站樓面至頂層端站樓面之間的垂直距離。
⑿頂層高度(mm) ：由底層端站樓面至機(jī)房樓板或隔音層樓板下最突出構(gòu)件之間的垂直的距離。電梯的運(yùn)行速度越快，頂層高度一般越高。
⒀底坑深度(mm) ：由底層端站樓面至井道底面之間的垂直距離。電梯的運(yùn)行速度越快，底坑一般越深。
⒁井道高度(mm) ：由井道底面至機(jī)房樓板或隔音層樓板下最突出構(gòu)件之間的垂直距離。
⒂井道尺寸(mm) ：寬*深。電梯的主要參數(shù)是電梯制造廠設(shè)計(jì)和制造電梯的依據(jù)。用戶選用電梯時(shí)，必須根據(jù)電梯的安裝使用地點(diǎn)、載運(yùn)對(duì)象等，按標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，正確選擇電梯的類別和有關(guān)參數(shù)與尺寸，并根據(jù)這些參數(shù)與規(guī)格尺寸，設(shè)計(jì)和建造安裝電梯的建筑物，否則會(huì)影響電梯的使用效果。
⒃電器設(shè)備及控制裝置：有曳引機(jī)，選層器傳動(dòng)及控制柜、轎廂操縱盤(pán)、呼梯按鈕和廳外指示器組成。
⒄其它裝置：對(duì)重裝置、補(bǔ)償裝置等。
2.2.3 電梯的安全保護(hù)裝置
⑴電磁制動(dòng)器：裝于曳引機(jī)軸上，一般采用直流電磁制動(dòng)器，啟動(dòng)時(shí)通電松閘，停層后斷電制動(dòng)。